一种非标圆弧齿面斜齿轮蜗杆传动结构及其加工方法 【技术领域】
本发明涉及一种斜齿轮蜗杆传动结构及其加工方法。
背景技术
通常在斜齿轮蜗杆传动结构中，斜齿轮和蜗杆材质不同，一般斜齿轮采用塑料、有色金属、粉末冶金等材料，机械强度、表面硬度、耐磨性较小，蜗杆采用结构钢材并经过调质处理，机械强度、表面硬度及耐磨性较大，如采用标准的斜齿轮蜗杆传动结构设计，斜齿轮的使用寿命比蜗杆低得多。斜齿轮蜗杆传动结构齿形设计时，用编程或查表计算等传统方法进行齿轮齿形设计，计算过程很复杂，如利用LISP程序或使用渐开线齿轮计算常用数表来计算，一般要由专业人员完成。在斜齿轮蜗杆传动结构齿形设计完成后，由于齿轮在注塑、压铸或烧结时，齿轮成形要在高温状态中完成，待加工齿轮冷却到室温或作其它辅助处理后，尺寸会因收缩变形而变化，不能获得准确的尺寸。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种使用寿命长、斜齿轮和蜗杆有相近耐用度的非标斜齿轮蜗杆传动结构；并提供一种设计简便、精确的加工方法，克服了现有技术中齿轮齿形设计计算过程很复杂或需专业人员完成、温差导致的齿轮收缩变形的缺点。
本发明提供一种非标圆弧齿面斜齿轮蜗杆传动结构，包括非标圆弧齿面斜齿轮和蜗杆，非标圆弧齿面斜齿轮分度圆弦齿厚为蜗杆分度圆齿厚的2～4倍，蜗杆齿形角范围是10°～15°，非标圆弧齿面斜齿轮齿高系数范围是0.8～1。
由于斜齿轮和蜗杆采用了不等分度圆齿厚，使斜齿轮和蜗杆有相近耐用度，从而大大提高了斜齿轮蜗杆传动结构的使用寿命，同时提高了电机的使用寿命，本发明斜齿轮蜗杆传动结构还具有节省材料、降低成本、减少产品重量、提高了汽车配套电机轻量化等优点。
本发明非标圆弧齿面斜齿轮蜗杆传动结构的加工方法是通过以下技术方案实现的：非标圆弧齿面斜齿轮采用齿轮齿形圆弧作图法设计齿形并根据所述非标圆弧齿面斜齿轮的收缩率进行修正，齿轮齿形圆弧作图法包括以下步骤：
A、设立坐标系：根据齿轮设计参数分度圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径、基圆直径(上述参数均转化为斜齿轮的法向齿形参数)，绘制四个同心圆弧，在圆心处作同心圆弧中心线，所述中心线的垂直线与所述齿根圆圆弧的交点设定为直角坐标系的原点O；
B、设置初始节点：根据齿轮分度圆弦齿厚，对称于Y轴，作Y轴平行线，与分度圆圆弧的交点为初始节点，设为Q；
C：通过所述Q点做所述基圆的切线交于P，以P为圆心，线段PQ为半径，向上及向下作圆弧，再以Q为圆心，以满足精度设定的分弧半径R作圆，与所述以P为圆心，线段PQ为半径所作的圆弧交分别于Q-1及Q+1点；
D、向上设置节点：从交点Q-1对基圆作切线，并与基圆圆弧交于P-1点，以P-1为圆心，线段Q-1P-1为半径，向上作圆弧，再以Q-1为圆心，分弧半径R作圆，与上述圆弧交于Q-2，重复以上方法，直到Qm-1节点与齿顶圆的距离小于R时，从该节点对基圆圆弧作切线，并交于Pm-1点，再以Pm-1为圆心，Qm-1Pm-1为半径，向上作圆弧，与齿顶圆交于Qm；
E、向下设置节点：从交点Q+1对基圆作切线，并与基圆圆弧交于P+1点，以P+1为圆心，线段Q+1P+1为半径，向下作圆弧，再以Q+1为圆心，分弧半径R作圆，与上述圆弧交于Q+2，重复以上方法，直到Qn-1节点与基圆的距离小于R时，从该节点对基圆圆弧作切线，并交于Pn-1点，再以Pn-1为圆心，Qn-1Pn-1为半径，向下作圆弧，与基圆交于Qn；
F、绘制齿根圆弧：从Qn向下作垂直线，并在左边距离为齿轮齿根圆圆弧半径处作所述垂直线的平行线，再以所述齿根圆圆心为圆心，齿根圆半径与齿轮齿根圆圆弧半径之和为半径作圆弧，与所述平行线交于I，以I为圆心，齿轮齿根圆圆弧半径为半径作圆弧，分别与所述述垂直线及所述齿根圆圆弧相切，切点相应为K及L，圆弧KL为齿根圆弧；
G、由上述初始节点、向上设置的节点、向下设置的节点及相邻节点之间以各节点相对应的基圆切点为圆心、各节点到各节点相对应的基圆切点距离为半径所作的圆弧段连接成的曲线，即是齿轮渐开线的近似曲线，并和Qn到K直线段及KL圆弧组成齿轮完整的一侧曲面，同理可画出齿轮齿形的另一侧曲面。
采用上述方法后，斜齿轮蜗杆传动结构齿轮齿形设计简便、精确，克服斜齿轮齿形设计计算过程很复杂或需专业人员完成的缺点，设计误差低，消除了温差导致的齿轮收缩变形因素，斜齿轮齿形设计获得准确的尺寸。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述。
【附图说明】
图1为本发明非标圆弧齿面斜齿轮蜗杆传动结构的结构示意图；
图2为本发明非标圆弧齿面斜齿轮齿形设计方法的作图示意图。
【具体实施方式】
如图1所示，本发明非标圆弧齿面斜齿轮蜗杆(法向截面)传动结构，包括非标圆弧齿面斜齿轮1和蜗杆2，非标圆弧齿面斜齿轮1分度圆弦齿厚Sn1为蜗杆2分度圆齿厚Sn2的2～4倍，蜗杆2齿形角α范围是10°～15°，非标圆弧齿面斜齿轮1齿高系数范围是0.8～1。非标圆弧齿面斜齿轮1采用塑料或有色金属、粉末冶金等材料制成，蜗杆2采用结构钢材制成并经过调质处理。作为本发明的一种具体实施方式，当非标圆弧齿面斜齿轮1材料选用聚甲醛，非标圆弧齿面斜齿轮1分度圆弦齿厚Sn1选用为所述蜗杆2分度圆齿厚Sn2的3.5倍时，非标圆弧齿面斜齿轮1和蜗杆2的耐用度最接近。蜗杆2采用窄蜗杆分度圆齿厚设计时，为防止蜗杆2齿顶变尖，选用小齿形角α，齿形角α太小会引起其它性能变坏，当斜齿轮1选用聚甲醛时，所述蜗杆2选用齿形角α为12°效果最佳。为达到非标圆弧齿面斜齿轮1和蜗杆2相近的耐用度，经设计计算和试验，当斜齿轮1选用聚甲醛时，可选用非标双模数齿轮，模数采用非标准值，所述非标圆弧齿面斜齿轮1齿顶高系数设计为0.8。
本发明提高了斜齿轮蜗杆传动结构的使用寿命，非标圆弧齿面斜齿轮1和蜗杆2有相近耐用度，同时提高了电机使用寿命、节省材料、降低成本、减少产品重量、提高了汽车配套电机轻量化。本发明可应用于汽车上配套的各种永磁式直流电动机中，如各种型号的刮水电动机、座椅电机、天窗电机等。
本发明非标圆弧齿面斜齿轮蜗杆传动结构的加工方法是：所述非标圆弧齿面斜齿轮1采用齿轮齿形圆弧作图法设计齿形并根据所述非标圆弧齿面斜齿轮1的收缩率进行修正；
如图2所示，所述齿轮齿形圆弧作图法包括以下步骤：
A、设立坐标系：根据齿轮设计参数分度圆直径d、齿顶圆直径da、齿根圆df直径、基圆直径db(上述参数均转化为斜齿轮的法向齿形参数)，绘制四个同心圆弧，在圆心处作同心圆弧中心线，所述中心线的垂直线与所述齿根圆df圆弧的交点设定为直角坐标系的原点O；
B、设置初始节点：根据齿轮分度圆弦齿厚Sn，对称于Y轴，作Y轴平行线，与分度圆d圆弧的交点为初始节点，设为Q；
C：通过所述Q点做所述基圆db的切线交于P，以P为圆心，线段PQ为半径，向上及向下作圆弧，再以Q为圆心，以满足精度设定的分弧半径R作圆，与所述以P为圆心，线段PQ为半径所作的圆弧交分别于Q-1及Q+1点，设定半径R的数值，视齿轮精度要求而定，齿轮精度愈高，R的数值愈小，如可选定为0.1、0.05、0.025等；
D、向上设置节点：从交点Q-1对基圆db作切线，并与基圆圆弧交于P-1点，以P-1为圆心，线段Q-1P-1为半径，向上作圆弧，再以Q-1为圆心，分弧半径R作圆，与上述圆弧交于Q-2，重复以上方法，直到Qm-1节点与齿顶圆da的距离小于R时，从该节点对基圆圆弧作切线，并交于Pm-1点，再以Pm-1为圆心，Qm-1Pm-1为半径，向上作圆弧，与齿顶圆da交于Qm；
E、向下设置节点：从交点Q+1对基圆db作切线，并与基圆圆弧交于P+1点，以P+1为圆心，线段Q+1P+1为半径，向下作圆弧，再以Q+1为圆心，分弧半径R作圆，与上述圆弧交于Q+2，重复以上方法，直到Qn-1节点与基圆db的距离小于R时，从该节点对基圆圆弧作切线，并交于Pn-1点，再以Pn-1为圆心，Qn-1Pn-1为半径，向下作圆弧，与基圆db交于Qn；
F、绘制齿根圆弧：从Qn向下作垂直线，并在左边距离为齿轮齿根圆圆弧半径处作所述垂直线地平行线，再以所述齿根圆圆心为圆心，齿根圆半径与齿轮齿根圆圆弧半径r之和为半径作圆弧，与所述平行线交于I，以I为圆心，齿轮齿根圆圆弧半径r为半径作圆弧，分别与所述述垂直线及所述齿根圆df圆弧相切，切点相应为K及L，圆弧KL为齿根圆弧；
G、由上述初始节点、向上设置的节点、向下设置的节点及相邻节点之间以各节点相对应的基圆切点为圆心、各节点到各节点相对应的基圆切点距离为半径所作的圆弧段连接成的曲线，即是齿轮渐开线的近似曲线，并和Qn到K直线段及KL圆弧组成齿轮完整的一侧曲面，同理可画出齿轮齿形的另一侧曲面。
在齿轮齿形设计完成后，由于工件在注塑、压铸或烧结时，齿轮成形要在高温状态中完成，待加工件冷却到室温或作其它辅助处理后，尺寸会因收缩变形而变化，故为使工件获得准确的尺寸，在工件模具设计制造时就应该充分考虑这个收缩变形因素，制造齿轮模具时，应对上述设计绘制的齿形进行修正：当工件是均匀收缩时，用试验方法测定该工件实际收缩率Ψ％，可在AUTOCAD用整体放大法，将原齿形图形放大1/(1-Ψ％)倍，放大后的齿形图形即为制作模具的设计依据齿形图形，根据齿数Z，画出均匀分布齿形图；当工件是不均匀收缩时，根据齿数Z，将工件分为Z等分，用试验方法测定该工件各Z等分处的实际收缩率Ψ1％、Ψ2％、Ψ3％…ΨZ％，计算出各相应Z等分的放大倍数：1/(1-Ψ1％)、1/(1-Ψ2％)、1/(1-Ψ3％)…1/(1-ΨZ％)，根据齿数Z，画出相应的不均匀分布齿形图。